空氣的組成:地球大氣中各氣體的百分比
海平面的乾空氣是多種氣體的混合物,主要是氮氣和氧氣。圖表顯示各氣體的化學式及其體積百分比。
| 名稱 | Formula | % 體積 |
|---|---|---|
| 氮 | N₂ | 78.084 |
| 氧 | O₂ | 20.946 |
| 氬 | Ar | 0.934 |
| 二氧化碳 | CO₂ | 0.042 |
| 氖 | Ne | 0.001818 |
| 氦 | He | 0.000524 |
| 甲烷 | CH₄ | 0.00019 |
| 氪 | Kr | 0.000114 |
| 氫 | H₂ | 0.00005 |
海平面的乾空氣。水蒸氣約在 0–4% 之間變動。二氧化碳每年大約增加 2–3 ppm。
這張圖表顯示什麼
氮氣(N₂)佔乾空氣的 78.084%,氧氣(O₂)佔 20.946%,兩者合計約 99%。氬(Ar)佔 0.934%,幾乎是其餘的全部。二氧化碳約為 0.042%,即百萬分之 420(ppm),而氖、氦、甲烷、氪和氫只有微量。
如何解讀百分比
這些數值是體積百分比。對氣體而言,體積百分比等於莫耳百分比,因為在相同溫度和壓力下,相同體積的氣體含有相同數量的分子。這些數字是乾空氣的;實際的空氣還含有從幾乎 0% 到約 4% 的水蒸氣,會使其他百分比略微降低。
為何組成很重要
氧氣支持呼吸和燃燒,氮氣則將它稀釋;火在純氧中燃燒得猛烈得多。氬不具反應性,所以在焊接時用來保護金屬。它之所以含量多,是因為岩石中的鉀-40 會慢慢衰變成氬-40。
二氧化碳和甲烷只佔很小的比例,但它們是會困住熱量的溫室氣體,而二氧化碳每年增加約 2 至 3 ppm,主要來自燃燒化石燃料。工業上把空氣冷卻到液化,再蒸餾,以分離氮氣、氧氣和氬。
演算範例
道耳頓定律指出,每種氣體對總壓力的貢獻與其所佔比例成正比。在海平面 101.325 kPa 的壓力下,氧氣的分壓是 0.20946 × 101.325 kPa = 21.22 kPa。同樣地,10.0 L 的乾空氣樣品含有約 7.81 L 的氮氣、2.09 L 的氧氣和 0.0934 L 的氬。
常見問題
空氣中有百分之多少是氧氣?
氧氣佔乾空氣體積的 20.946%,通常四捨五入為 21%。在聖母峰頂這個比例幾乎相同;隨海拔降低的是總壓力,所以每次呼吸吸入的氧氣較少。
大氣中含量最多的氣體是什麼?
氮氣 N₂,佔乾空氣體積的 78.084%。它相當不活潑,因為連接兩個原子的參鍵非常強。
空氣的莫耳質量是多少?
乾空氣的平均莫耳質量約為 28.97 g/mol,是以每種氣體的莫耳分率對其莫耳質量加權得出的。莫耳質量較低的氣體,如 4.003 g/mol 的氦,會在空氣中上升。
空氣是化合物還是混合物?
空氣是混合物。其中的氣體彼此之間沒有化學鍵結,組成會變動(例如水蒸氣),而且可以用物理方法分離,如液態空氣的分餾。